Расчет состава и количества продуктов сгорания

Состав и количество продуктов сгорания зависит, в том числе и от коэффициента избытка воздуха. При не полном сгорании топлива в состав продуктов сгорания М₂ входит углекислый газ СО₂, вода Н₂О-как продукт сгорания, инертный газ N₂, окись углерода СО, водород Н.

Количество отдельных компонентов и их суммарное значение определим из соотношений полученных согласно упрощенных реакций окисления углерода и водорода при сжигании одного кг топлива.

При a=1:

(17)

0,5527 ;

(18)

0,07125 кмоль – количество углекислого газа;

 

(19)

0,0725 кмоль - количество водяного пара;

(20)

0,0 кмоль - количество кислорода;

(21)

0,409 кмоль - количество азота.

В процессе сгорания и химических преобразований происходит изменение количества молей рабочей смеси:

(22)

0,0272 кмоль.

Относительное изменение объема сгоревшей смеси характеризует коэффициент молекулярного изменения:

(23)

1,05;

Относительное извинение объема при сгорании рабочей смеси, с учетом содержания остаточных газов, оценивается действительным коэффициентом молекулярного изменения рабочей смеси

(24)

1,0468.

Процесс сгорания.

Сгорание смеси является основным физическим процессом рабочего цикла двигателя. Первая часть, выделившейся при сгорании, используется на повышение внутренней энергии и совершение работы. Вторая часть передается в стенки камеры сгорания, и днище поршня. Доля активной теплоты учитывается коэффициентом активного использования теплоты x_z и практически приравнивается к максимальному значению коэффициента активного тепловыделения.

Значения термодинамических параметров в характерных точках цикла Рz и Тz определяем на основе первого закона термодинамики.

; (25)

Для рабочего цикла двигателей с искровым зажиганием уравнение выглядит следующим образом:

; (26)

Применительно к реальному циклу для двигателей с искровым зажиганием уравнение сгорания принимает вид:

; (27)

где (mC_v”) – средняя изохорная мольная теплоемкость газовой смеси с составом продуктов сгорания после окисления топлива:

; (28)

где - средние мольные теплоемкости компонентов продуктов сгорания.

Средние мольные теплоемкости компонентов продуктов сгорания в диапазоне температур до 2800^оС с достаточной степенью точности могут быть вычислены по эмпирическим зависимостям:

; (29)

; (30)

; (31)

; (32)

 

 

 

 

 

 

После выполнения математических операций согласно выражений (26…32) получим выражение вида

(33)

Тогда максимальная температура рабочей смеси в цикле определим из зависимости:

(34)

2722,091 К.

где А, В, С – значения, полученные при вычислении формулы (28), вычисляется на ЭВМ с помощью спец программы, выдается преподавателем.

Максимальное давление цикла для двигателя с искровым зажиганием определяем как:

(35)

5,668МПа.

Степень повышения давления:

(36)

3,958.

С учетом отклонений процесса подвода теплоты при V=const в реальных условиях скругления диаграммы действительное значение максимального давления для карбюраторных двигателей с воспламенением от электрической искры принимаем равным:

(37)

4,8178 МПа.

Процесс расширения.

Процесс расширения в рабочем цикле представляется как основной этап, где происходит превращение тепловой энергии в механическую работу. На его начальном участке +20...30^оп.к.в. после ВМТ продолжается интенсивный процесс подвода теплоты. В то время, большая разность температурного состояния рабочего тела и окружающей среды совершает процесс в условиях расширения. В начале расширения продолжается интенсивное сгорание топлива. Одновременно, с учетом больших скоростей движения газов и большой разности температур стенки цилиндропоршневой группы обеспечивают присутствие процесса интенсивного теплообмена. Таким образом, процесс расширения носит явно выраженный политропный характер. Значение показателя политропы предварительно принимаем при выборе исходных данных и уточняем в расчете процесса расширения. С учетом статистических данных и особенностей проектируемого двигателя в пределах n₂=1,23...1,28.

Более точное значение среднего d показателя политропы расширения определяется методом последовательного приближения с заданной степенью точности с использованием эмпирических зависимостей.

Исходя из термодинамических параметров при политропном процессе, давление и температуру в конце расширения определим по формуле:

(38)

0,481 МПа;

(39)

1661,838 К.